Khảo sát các kỹ thuật điều chế tín hiệu với MATLAB

Điều biên dùng phần tử tuyến tính có tham số Thay đổi

Ví dụ về mạch điện loại này là điều biên dùng bộ nhân tương tự (hình 1-7). Trong mạch điện này, quan hệ giữa điện áp ra udb và điện áp vào u0 là quan hệ tuyến tính. Tuy nhiên, khi u biến thiên thì điểm làm việc chuyển từ đặc tuyến này sang đặc tuyến khác làm cho biên độ tín hiệu ra thay đổi để có điều biên. Căn cứ vào tính chất của mạch nhân, ta viết được biểu thức của điện áp ra sau đây:. Hình 1-7: Điều biên dùng mạch nhân tương tự a) Mạch điện; b) Đặc tuyến truyền đạt.

Các mạch điều biên cụ thể

Mạch điều biên đơn

- Đặc tuyến volt-ampe của phần tử không tuyến tính phải có dạng bậc 2 để không có các số hạng bậc 3 (hoặc a3 rất nhỏ). Muốn vậy ta phải dùng FET. - Khử méo bằng cách cải tiến mạch, thực hiện điều chế cân bằng như sau:. Dòng điện qua các diode được biểu diễn thành chuỗi Taylor:. Tương tự như vậy cũng chứng minh kết quả đó trên mạch điện hình 1-9b, Trong trường hợp cần có tải tin ở đầu ra, sau khi điều chế có thể đưa thêm tải tin vào phổ của tín hiệu ra của mạch điều biên đã cân bằng được bieồu dieón treõn hỡnh 1-9c. a) Duứng diode; b) Duứng Transistor; phoồ tớn hieọu ra;. Gọi phần điện ra của mạch điều chế cân bằng gồm D1, D2 là i1 và dòng điện ra của mạch điều chế cân bằng gồm D3, D4 là iII.

Mạch điều chế bằng Transistor

Đối với Transistor, điện áp của Collector không được tăng quá giá trị an toàn cực đại dù trong thời gian ngắn. Để tránh méo phi tuyến gây ra người ta áp dụng điều chế Collector phụ được thực hiện ở Collector của tầng trước đó.

Quan hệ giữa điều tần và điều pha

Như vậy điều khác nhau cơ bản giữa điều tần và điều pha là lượng di tần khi điều pha tỷ lệ với biên độ điện áp điều chế và tần số điều chế, còn lượng di tần khi điều chế tần số chỉ tỷ lệ với biên độ điện áp điều chế mà thoâi. Ngược lại, nếu ta đưa tín hiệu điều chế qua một mạch vi phân, rồi vào mạch điều chế tần số thì ở đầu ra ta nhận được tín hiệu điều chế pha (hình 3-1).

Phổ của dao động điều tần và điều pha

Trong đó: i góc pha đầu; vì hiệu pha khác nhau của các thành phần phổ của tín hiệu điều chế có tính chất quyết định đối với dạng tín hiệu tổng quát của nó. Khi tần số điều chế thay đổi ( biến thiên) thì bề rộng phổ của tín hiệu điều tần không thay đổi nhưng số vạch phổ thay đổi theo .

Mạch điều tần và điều pha

Mạch điều tần trực tiếp

Mạch điều tần trực tiếp thường được thực hiện bởi các mạch tạo dao động mà tần số dao động riêng của nó được điều khiển bởi dòng điện hoặc áp (VCO: Voltage controlled oscillator và CCO: Circuit controlled oscillator) hoặc bởi các mạch biến đổi điện áp – tần số. Khi tín hiệu cao tần áp vào 2 varicap giống nhau, nó sẽ lái chúng đến những giá trị điện dung cao và thấp luân phiên nhau: Do đó điện dung đúng trong mạch gần như không thay đổi theo điện áp cao tần, mà chỉ thay đổi điện áp âm tần.

Ví dụ minh họa

Trong thực tế kAFC  100 vì còn phụ thuộc hằng số thời gian của mạch lọc thông thấp. Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế (PM) b.

Điều chế khóa dịch pha biên độ (ask)

Những thành phần tần số gián đoạn này biến mất nếu như chuỗi nhị phân có giá trị trung bình bằng không, hoặc một tín hiệu M mức khi mỗi mức M hầu như bằng nhau. Đối với trường hợp đơn giản digit nhị phân được biểu thị trong phương trình 1.3, xung của thành phần phổ gián đoạn chỉ tồn tại ở tần số sóng mang do các điểm không của phổ cách nhau những khoảng tần số 1/T.

Ask kết hợp

Phần thứ nhất gồm các hàm delta Dirac bao hàm các thành phần phổ gián đoạn cách nhau những khoảng tần số 1/T. Những thành phần tần số gián đoạn này biến mất nếu như chuỗi nhị phân có giá trị trung bình bằng không, hoặc một tín hiệu M mức khi mỗi mức M hầu như bằng nhau. Điều đó cho phép tín hiệu phổ của tín hiệu điều chế số được chọn trong khi thiết kế hệ thống bằng cách chọn thích hợp chuỗi tín hiệu được truyền đi. Phần thứ hai là phổ liên tục mà dạng của nó chỉ phụ thuộc vào đặc tính phổ của xung tín hiệu. Đối với trường hợp đơn giản digit nhị phân được biểu thị trong phương trình 1.3, xung của thành phần phổ gián đoạn chỉ tồn tại ở tần số sóng mang do các điểm không của phổ cách nhau những khoảng tần số 1/T. Độ rộng băng có thể giảm bằng cách dùng xung cosin tăng. Phổ của xung cosin tăng có búp chính rộng hơn làm cho độ rộng băng ASK bằng xấp xỉ 2/T. Việc thu tín hiệu ASK đã phát đi có thể đạt được bằng hai cách. Cách thứ nhất là dải điều chế kết hợp dùng các mạch phức hợp để duy trì kết hợp pha giữa sóng mang phát và sóng mang nội. Cách thứ hai là quá trình dải điều chế hình bao không kết hợp. Trong khi bàn về những phương pháp này, xác suất lỗi sẽ nêu cho trong từng trường hợp. sign sign Abs. Chọn biên độ tuyệt đối cực đại và ký hiệu thích ứng. Ma trận quyết định. a) tương quan chéo, b) lọc phối hợp các dạng song tín hiệu M khả năng có thể phát đi, thì bộ dải điều chế phải quyết định xem khả năng nào thực tế được phát đi. Công suất tạp âm có mặt ở đầu vào của máy thu càng biểu thị thích hợp hơn như công suất trên tần số đơn vị sẽ đảm bảo dù cho có bộ lọc tồn tại mật độ phổ tạp âm đi qua chúng cũng không tác dụng.

ASK KHÔNG KẾT HỢP

Phương pháp tách sóng không kết hợp hay tách sóng hình bao yêu cầu một tỷ số C/N cao hơn đối với cùng tỷ lệ lỗi bit như loại ASK kết hợp, không phải là phương pháp điều chế dùng rộng rãi, vì như phương trình 1-10 chỉ ra công suất trung bình của tín hiệu điều chế bị giảm. Sự lọc không hoàn hảo, Đồng bộ kém và những chi phí cộng thêm, những khó khăn kết hợp cùng với việc tạo nên bộ lọc băng thông phối hợp, tất cả những cái đó dẫn đến sản phảm ra không tốt khi so sánh với những hệ thống điều chế khác.

ASK M trạng thái (M – ary)

Như đã mô tả trong mục 1.3, nếu tín hiệu nhị phân hai cực sinh ra một sự đảo về biên độ sóng mang sao cho nhị phân 1 tạo ra được một sóng mang với biên độ + Ac và nhị phân không tạo một sóng mang với biên độ – Ac. Cũng vậy, do tốc độ bit cao hơn những hệ thống M trạng thái, để nhằm mục đích so sánh, độ rộng băng phải hạ tỷ lệ xuống, và cả tỷ số sóng mang trên tạp âm và Pe cũng điều hạ tỷ lệ xuống với cùng một lượng.

Ví dụ minh họa

Mô phỏng dạng tín hiệu ASK với 300 mẫu đầu tiên đại diện cho chuỗi nhị phân b với tần số sóng mang là 5Khz. Mô phỏng dạng tín hiệu ASK với 200 mẫu đầu tiên đại diện cho chuỗi nhị phân b với tần số sóng mang là 7Khz.

Điều chế khóa dịch tần số (FSK)

Lý do là FSK hai trạng thái yêu cầu vốn có hai tần số phải biểu thị hai trạng thái nhị phân, và để xây dựng một hệ thống pha liên tục sử dụng hai bộ dao động riêng biệt, yêu cầu về mạch rất phức tạp. Trong khi một hệ thống với pha liên tục ở những điểm chuyển tiếp bit, độ chính xác tần số tương đối thấp và tốc độ bit sẽ không bị khóa ở một trong hai tần số đại diện cho các trạng thái logit 1 và 0.

FSK kết hợp (CFSK)

Bộ lọc băng thông fC-fDTách sóng hình bao Bộ lọc băng thông fC+fDTách sóng hình bao. Hơn nữa chúng chiếm nữa công suất tổng và độ chênh lệch của chúng cung cấp tần số nhịp bit với pha phù hợp.

FSK M trạng thái

Tách sóng kết hợp

Trong các hệ thống PSK truyền thống, Cả BPSK và QPSK hầu như đều có chất lượng Pe như nhau với cùng (C/N) / bit, với chuẩn pha hoàn chỉnh, với một chuẩn pha bị tạp âm, chất lượng của những hệ thống này bị xấu đi nhiều hơn QPSK vì sự ghép giữa các thành phần cầu phương. Người ta đã chứng ming rằng OPQSK có xác suất lỗi trong tách sóng nằm ở giữa chất lượng tách sóng của BPSK và QPSK. Vì tần số không ổn định trong hệ thống thông tin và các khó khăn kết hợp trong việc thu nhận đồng bộ sóng mang có trực đủ thấp để ngăn ngừa các tổn thất tách sóng, OPQSK có ưu điểm hơn BPSK và QPSK là cho phép C/N thấp hơn 3 dB so với mức chuẩn pha đồng bộ để thừa món một giỏ trị tổn hao tỏch súng cho phộp đó xỏc định. Biểu thức của mật độ phổ công suất chưa lọc của MSK là:. C là công suất sóng mang;. T là thời gian bit đơn vị trong máy thu;. Phổ được minh họa trên hình 3-4c. So sánh phổ của MSK với phổ của OQPSK trong hình 3-4d, ta thấy rằng dộ rộng của búp chính phổ MSK lớn hơn của OQPSK là 1,5 lần. Ta có thể chứng minh rằng với lọc đúng, hiệu dụng băng thông cực đại của MSK cũng như của OQPSK là 2 bit/s/Hz. Hình 3-4 cũng minh họa sơ đồ khối của bộ điều chế và giải điều chế, cùng với biểu đồ thời gian của luồng số liệu mong muoán. Các tín hiệu FSK cũng giống như các hệ thống FM khác đều là những quá trình phi tuyến tính, nên mô tả hoàn toàn bằng toán học rất khó khăn. Nhưng các tín hiệu FSK đã được tính toán để có độ di tần đỉnh – đỉnh hay độ dịch tần số ‘h’ bằng 2fd bằng bội số tích phân tốc độ bit, có thể xem như toồng cuỷa hai tớn hieọu AM. Ra soỏlieọu Bộ tạo dạng xung sin. Bộ tạo dạng xung sin Bộ lọc phát. Bộ lọc phát. Bộ tạo dịch pha không Bộ chuyển đổi nối tiếp song song. Bộ tạo dịch pha không Bộ lọc thu. Bộ lọc thu. Ngưỡng quyết định. Ngưỡng quyết định. Bộ chuyển đổi nối tiếp song song Buứ treó. Máy thu Keânh truyeàn. Số liệu vào. Ghi chú: n bit số liệu vào được chuyển đổi thành n bit I/O b). Điều chế và giải điều chế cầu phương;. Định thời số liệu của bộ điều chế; c) Mật độ phổ công suất;. Yêu cầu đòi hỏi tăng lên đối với tốc độ bit cao hơn, nên độ rộng băng hiệu dụng của hệ thống vi ba số vẫn đang được ngiên cứu phát triển một số nghiên cứu như thế đã thực hiện là các phương thức điều chế MSK khác nhau nhằm để đạt được một phổ tín hiệu dày đặc.

Ví dụ minh họa

Những ứng dụng như cậy đã nghiên cức có kết quả trong việc giải quyết xuyên âm của phương án so sánh pha của FSFK, được gọi là FSFK so sánh pha (PC SFSK). Sự cái biến khác đối với đường biên phổ sơ đồ MSK là phổ cũng được tạo ra do khóa dịch tần hình sin kép (DPFSK) với đuôi của phổ có độ dốc trung bình là 36dB/octa vượt qua f = 4,75/T thay vì 24dB/octa đối với SFSK.